一、概述

余熱回收技術(shù)已成為硫酸裝置的標(biāo)準(zhǔn)配置工藝。隨著余熱回收裝置在硫酸裝置中的廣泛應(yīng)用，近年來，我國(guó)已發(fā)生多起因余熱回收裝置內(nèi)部水、汽泄漏或其他內(nèi)部泄漏事件，這些事故導(dǎo)致了重大的經(jīng)濟(jì)損失。由于高溫硫酸分析儀的故障，使得生產(chǎn)操作中難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置異常，進(jìn)而引發(fā)余熱回收裝置的嚴(yán)重腐蝕問題，最終導(dǎo)致余熱回收裝置或硫酸裝置長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)甚至設(shè)備損壞。

因此，運(yùn)行過程中的酸濃度直接關(guān)系到余熱回收裝置的安全性。然而，常規(guī)的接觸式或外夾式酸濃度分析儀在當(dāng)前的工況條件下，無法滿足對(duì)溫度的特殊要求。鑒于這一挑戰(zhàn)，我們不得不選擇非接觸式電導(dǎo)率傳感器來測(cè)量硫酸的濃度。

非接觸式電導(dǎo)率傳感器的工作原理巧妙地采用了兩個(gè)線圈：一個(gè)作為信號(hào)的發(fā)送器，另一個(gè)則擔(dān)任信號(hào)的接收器。當(dāng)給發(fā)送器線圈通電時(shí)，會(huì)在硫酸中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一感應(yīng)電流的大小與硫酸的電導(dǎo)率呈正比關(guān)系。隨后，接收器線圈負(fù)責(zé)檢測(cè)這一電流的大小，并將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給變送器，由變送器進(jìn)一步計(jì)算出相應(yīng)的電導(dǎo)率值，最終根據(jù)電導(dǎo)率來推算出硫酸的濃度。

考慮到高溫硫酸具有極強(qiáng)的腐蝕性和絕緣材料在高溫下的不耐受性，這兩個(gè)線圈并不直接接觸硫酸。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量，我們采用了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)：將傳感器兩端的連接法蘭通過導(dǎo)線聯(lián)通，從而形成一個(gè)導(dǎo)電回路。這樣，即便在不直接接觸硫酸的情況下，也能準(zhǔn)確測(cè)量其濃度。傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳感器結(jié)構(gòu)及功能示意圖

二、故障原因分析及解決方法

1.絕緣螺栓品質(zhì)過低導(dǎo)致的酸濃測(cè)量失敗

原因分析：

在使用過程中，務(wù)必確保傳感器法蘭與兩端的安裝法蘭保持絕緣狀態(tài)。若非接觸式電導(dǎo)率傳感器的法蘭連接處發(fā)生泄漏，將直接導(dǎo)致螺栓的絕緣性能失效，進(jìn)而使導(dǎo)線、外法蘭、傳感器法蘭及介質(zhì)流通管構(gòu)成一個(gè)電阻極低的回路。此情況下，測(cè)得的電導(dǎo)率將異常偏高，引發(fā)傳感器失真問題。

目前，現(xiàn)場(chǎng)傳感器安裝所采用的絕緣螺栓，其絕緣材料主要使用四氟或紙類。然而，四氟在高溫環(huán)境下易軟化，可能導(dǎo)致法蘭連接緊固性下降；而紙作為絕緣材料，則可能因螺栓扭力、水及酸霧腐蝕等因素而損壞，兩者均可能引發(fā)法蘭漏酸，進(jìn)而削弱傳感器的絕緣效果，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全構(gòu)成潛在威脅，并導(dǎo)致傳感器測(cè)量結(jié)果失真。如圖2所示。

圖2 漏酸引起的傳感器失真及現(xiàn)場(chǎng)安全隱患

解決方法：

導(dǎo)致傳感器法蘭位置漏酸問題的根源在于絕緣螺栓受到高溫變形、硫酸侵蝕、雨水軟化以及螺栓扭力變形等多重因素影響。為有效解決傳感器硫酸泄漏的難題，需采用能夠克服上述問題的絕緣組件。

推薦采用禮正來科技自主研發(fā)的LJ80絕緣組件，該組件專為禮正來AS118型號(hào)及進(jìn)口產(chǎn)品222型號(hào)的非接觸式電導(dǎo)率傳感器設(shè)計(jì)，可在-40～260℃的廣泛溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。其核心優(yōu)勢(shì)在于采用了具備卓越絕緣性、抗腐蝕性和抗扭力的工程塑料作為絕緣墊，確保了組件的耐用性和可靠性。同時(shí)，緊固螺栓選用了304不銹鋼材質(zhì)，并在表面噴涂了PTFE防腐材料，進(jìn)一步增強(qiáng)了組件的抗腐蝕能力，有效抵御稀硫酸的侵蝕和雨水的導(dǎo)電影響。

通過這樣的設(shè)計(jì)，LJ80絕緣組件能夠保障硫酸濃度分析儀在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中不出現(xiàn)硫酸泄漏的情況，從而避免分析故障的發(fā)生，并確保了整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。使用效果如圖3所示。

圖3 絕緣組件使用后效果

2.酸濃數(shù)據(jù)波動(dòng)過大

原因分析：

一級(jí)循環(huán)硫酸是稀釋器后的硫酸（酸溫180～190℃、壓力0.1～0.2MPa、流量800～1000m3/h、濃度99.05%～99.15%），稀釋器為了實(shí)現(xiàn)快速把水與硫酸混合均勻，采用壓縮空氣霧化水增強(qiáng)擾動(dòng)的技術(shù)，導(dǎo)致稀釋器出口的一級(jí)循環(huán)酸存在大量的空氣（含量約為硫酸量5%～8%）。由于空氣的存在，其本身不導(dǎo)電，且不與測(cè)量介質(zhì)互溶，這就會(huì)使得傳感器測(cè)得實(shí)際電導(dǎo)率偏低（酸濃偏高），同時(shí)空氣氣泡大小不一，就會(huì)引起傳感器失真（導(dǎo)致一級(jí)循環(huán)酸濃度測(cè)量值與實(shí)際偏差大且波動(dòng)），因此，非接觸式電導(dǎo)率傳感器不適用于測(cè)量含有空氣介質(zhì)的硫酸。如圖4所示，含有空氣的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)顯著波動(dòng)，導(dǎo)致該測(cè)量結(jié)果無法滿足裝置安全聯(lián)鎖及加水自動(dòng)控制的需求。

圖4 酸濃波動(dòng)畫面

解決辦法：

根據(jù)一級(jí)循環(huán)硫酸的物理和工藝特性，造成酸濃度波動(dòng)過大的核心原因是空氣氣泡的存在。為此，禮正來科技自主研發(fā)了一種穩(wěn)態(tài)氣液分離器，該設(shè)備能夠徹底將一級(jí)循環(huán)酸中的空氣完全分離，從而有效消除空氣對(duì)電導(dǎo)率傳感器的負(fù)面影響。

此穩(wěn)態(tài)氣液分離器集成了兩級(jí)高效氣液分離裝置、虹吸平衡裝置及其他必要附件。當(dāng)高溫濃硫酸進(jìn)入氣液分離器后，首先經(jīng)過一級(jí)氣液分離處理，隨后進(jìn)入二級(jí)氣液分離階段。值得注意的是，二級(jí)氣液分離裝置特別設(shè)計(jì)了熱電阻的安裝插套，以滿足電導(dǎo)率傳感器對(duì)溫度測(cè)量的需求。隨后，處理后的硫酸進(jìn)入電導(dǎo)率傳感器的安裝管線，并最終回流至HRS循環(huán)槽。

此外，氣液分離器頂部還配備了虹吸平衡裝置，該裝置利用減小管徑的原理，成功降低了排酸口負(fù)壓對(duì)前級(jí)分離裝置和電導(dǎo)率測(cè)量裝置的潛在影響。同時(shí)，氣液分離器內(nèi)部還設(shè)置了隔熱板和散熱孔裝置，這些設(shè)計(jì)有效減少了高溫硫酸散發(fā)的熱量對(duì)傳感器性能的影響。

安裝穩(wěn)態(tài)氣液分離器后，酸濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

（a）

（b）

圖5 安裝高溫酸濃儀穩(wěn)態(tài)氣液分離器后酸濃結(jié)果